Kao dobavljač SLM 3D printanih modela od nehrđajućeg čelika, iz prve ruke svjedočio sam izazovima koji dolaze sa upravljanjem unutrašnjim naprezanjima u ovim dijelovima. Selektivno lasersko topljenje (SLM) je moćna tehnologija koja omogućava stvaranje složenih i visokokvalitetnih komponenti od nehrđajućeg čelika. Međutim, brzi ciklusi zagrijavanja i hlađenja tokom procesa tiska često dovode do razvoja unutrašnjih naprezanja, što može uzrokovati savijanje, pucanje i smanjena mehanička svojstva. U ovom blogu ću podijeliti neke učinkovite strategije za smanjenje ovih unutrašnjih naprezanja u SLM 3D štampanim modelima od nehrđajućeg čelika.
Razumijevanje izvora unutrašnjih stresova
Prije nego što se pozabavimo pitanjem unutrašnjih stresova, ključno je razumjeti odakle oni dolaze. Tokom SLM procesa, laserski snop visoke energije topi tanak sloj praha od nehrđajućeg čelika. Kako se laser kreće po sloju praha, rastopljeni metal se brzo stvrdnjava. Razlika u temperaturi između rastaljenog i očvrsnutog područja stvara toplinske gradijente, koji zauzvrat stvaraju unutarnja naprezanja.
Ova naprezanja se mogu klasifikovati u dva glavna tipa: zaostala naprezanja i termička naprezanja. Preostala naprezanja su zaključana u materijalu nakon završetka procesa štampanja, dok se toplotna naprezanja javljaju tokom ciklusa grejanja i hlađenja. Oba tipa mogu imati značajan uticaj na kvalitet i performanse štampanog dela.
Strategije pre štampanja
Odabir materijala
Izbor praha od nerđajućeg čelika može imati dubok uticaj na nivo unutrašnjeg naprezanja u štampanom delu. Različiti tipovi nehrđajućeg čelika imaju različita termička svojstva, kao što su koeficijenti toplinskog širenja. Odabir praha sa nižim koeficijentom termičkog širenja može pomoći u smanjenju termičkih naprezanja nastalih tokom procesa štampanja.
Na primjer, austenitni nehrđajući čelici poput 316L se često koriste u SLM zbog njihove dobre otpornosti na koroziju i relativno niske toplinske ekspanzije. To ih čini manje sklonim savijanju i pucanju u odnosu na druge vrste.
Optimizacija dizajna
Dizajn dijela igra ključnu ulogu u upravljanju unutarnjim naprezanjima. Složene geometrije sa oštrim uglovima i tankim zidovima imaju veću vjerovatnoću da će razviti visoke koncentracije naprezanja. Optimizacijom dizajna možemo smanjiti ove koncentracije naprezanja i poboljšati ukupnu kvalitetu tiskanog dijela.
Jedan pristup je korištenje zaobljenih uglova umjesto oštrih. Zaobljeni uglovi ravnomjernije raspoređuju napon, smanjujući vjerovatnoću pucanja. Dodatno, dodavanje potpornih struktura može pomoći da se dio usidre tokom procesa štampanja i spriječi savijanje. Međutim, važno je dizajnirati ove potporne strukture na način koji minimizira njihov utjecaj na završni dio.
Prethodno zagrijavanje ploče za izgradnju
Prethodno zagrevanje ploče za izradu je efikasan način da se smanji toplotni gradijenti između štampanog dela i ploče za izradu. Predgrijavanjem ploče za izradu na odgovarajuću temperaturu, možemo usporiti brzinu hlađenja odštampanog dijela, smanjujući termička naprezanja.
Većina SLM mašina omogućava da se ploča za izradu prethodno zagreje na temperaturu od oko 100 - 200°C. Ovaj korak prethodnog zagrijavanja može značajno poboljšati prianjanje dijela na ploču za izradu i smanjiti rizik od savijanja.
U - Strategije štampanja
Optimizacija laserskih parametara
Parametri lasera, kao što su snaga lasera, brzina skeniranja i razmak između šrafiranja, imaju direktan uticaj na nivo unutrašnjeg naprezanja u štampanom delu. Optimizacijom ovih parametara možemo kontrolisati unos topline i brzinu hlađenja, čime se smanjuju toplinska naprezanja.
Na primjer, povećanje snage lasera može povećati dubinu topljenja i poboljšati gustoću tiskanog dijela. Međutim, prevelika snaga lasera također može dovesti do prekomjernog unosa topline i povećanog toplinskog naprezanja. S druge strane, povećanje brzine skeniranja može smanjiti unos topline, ali također može rezultirati nepotpunim topljenjem. Stoga je pronalaženje pravog balansa laserskih parametara ključno.
Strategija skeniranja
Strategija skeniranja koja se koristi tokom procesa štampanja takođe može uticati na distribuciju unutrašnjeg naprezanja. Različite strategije skeniranja, kao što su rastersko skeniranje, skeniranje ostrva i konturno skeniranje, mogu se koristiti za kontrolu raspodele toplote i smanjenje toplotnih gradijenta.
Na primjer, skeniranje otoka uključuje podjelu građevinskog područja na manja ostrva i skeniranje svakog ostrva zasebno. Ovo može pomoći da se smanji akumulacija topline u jednom području i minimizira toplinska naprezanja.
Post-štamparske strategije
Toplinska obrada
Toplinska obrada je jedan od najefikasnijih načina za ublažavanje unutrašnjih naprezanja u SLM 3D štampanim modelima od nerđajućeg čelika. Zagrijavanjem odštampanog dijela na određenu temperaturu i zadržavanjem određenog vremenskog perioda, možemo omogućiti materijalu da se opusti i smanji zaostala naprezanja.
Postoje različite vrste termičkih tretmana, kao što su žarenje, oslobađanje od stresa i tretman rastvorom. Žarenje uključuje zagrijavanje dijela na visoku temperaturu, a zatim njegovo polagano hlađenje. Ovaj proces može poboljšati duktilnost i smanjiti tvrdoću materijala. S druge strane, oslobađanje od naprezanja je termička obrada na nižoj temperaturi koja se uglavnom koristi za smanjenje zaostalih naprezanja bez značajnije promjene svojstava materijala.
Mašinska obrada i dorada
Nakon termičke obrade, mogu se izvesti operacije strojne obrade i završne obrade kako bi se dodatno poboljšao kvalitet površine i točnost dimenzija tiskanog dijela. Mašinska obrada također može pomoći u uklanjanju svih površinskih nedostataka i smanjenju koncentracije naprezanja.
Međutim, važno je napomenuti da obrada također može unijeti nova naprezanja u dio. Zbog toga je neophodno koristiti odgovarajuće parametre i tehnike obrade kako bi se smanjio uticaj na nivoe unutrašnjeg naprezanja.
Zaključak
Smanjenje unutrašnjih naprezanja u SLM 3D štampanim modelima od nerđajućeg čelika je složen, ali ostvariv zadatak. Primenom kombinacije strategija pre štampe, štampanja i postštampe, možemo efikasno upravljati nivoima unutrašnjeg naprezanja i poboljšati kvalitet i performanse štampanih delova.
Ako ste zainteresovani za našeSLA 3D štampa za medicinske dijelove,Dijelovi modela za 3D štampuiliNajlonski SLS dijelovi za 3D štampu, ili ako imate bilo kakvih pitanja o smanjenju unutrašnjih naprezanja u SLM 3D printanim modelima od nehrđajućeg čelika, slobodno nas kontaktirajte za raspravu o nabavci. Tu smo da vam pružimo visokokvalitetna rješenja i podršku za 3D printanje.
Reference
- Gu, D., Shen, Y., & Ding, Y. (2012). Selektivno lasersko topljenje biokompatibilnih metala za brzu proizvodnju medicinskih dijelova. International Materials Reviews, 57(3), 133 - 164.
- Kruth, JP, Leu, MC, i Nakagawa, T. (2007). Napredak u aditivnoj proizvodnji i brzoj izradi prototipa. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 56(2), 525 - 546.
- Yadroitsev, I., Bertrand, P., & Smurov, I. (2010). Utjecaj strategije laserskog skeniranja na zaostalo naprezanje pri selektivnom laserskom topljenju. Časopis za tehnologiju obrade materijala, 210(12), 1695 - 1702.
